DE102014118639B4

DE102014118639B4 - Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung

Info

Publication number: DE102014118639B4
Application number: DE102014118639.7A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Kuramitsu Shuji
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: CN104802848A; US20150203148A1; US9352771B2; JP2015137038A; CN104802848B; DE102014118639A1; JP5975046B2

Abstract

Steuervorrichtung (101-106) für eine elektrische Servolenkung, die ein Unterstützungsdrehmoment, das durch einen Motor (5) ausgegeben wird, steuert und ein elektrisches Servolenkungssystem (1) vorsieht, mit:einem Lenkrad (2), das durch einen Fahrer eines Fahrzeugs betrieben wird;einem Torsionsstab (4), der zwischen das Lenkrad (2) und eine Säulenwelle (32) geschaltet ist;einem Drehmomentsensor (40), der basierend auf einem Torsionswinkel des Torsionsstabs (4) ein Lenkdrehmoment (Ts) erfasst;einer drehenden Vorrichtung (7), die eine Rotationsbewegung der Säulenwelle (32) durch eine Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung in eine hin und her gehende Bewegung einer Zahnstange (73), die ein Rad (9) des Fahrzeugs dreht, wandelt;dem Motor (5), der das Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen der Rotationsbewegung der Säulenwelle (32) oder eines Schubs (Fp1) der Zahnstange (73) erzeugt;einem Motorrotationswinkelsensor (50), der einen Rotationswinkel (Om) des Motors (5) erfasst;einer Lenkwellenlastschätzungseinheit (41), die eine Lenkwellenlast (Tx) schätzt, die eine Last eines Lenkens, das durch einen Lenkradbetrieb des Fahrers und einen Unterstützungsbetrieb des Motors (5) geliefert wird, ist; undeiner Grundunterstützungssteuereinheit (44), die einen Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert (Tm*) berechnet, der ein Grundwert eines Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts hinsichtlich des Motors (5) ist,wobei die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf dem Lenkdrehmoment (Ts), das durch den Drehmomentsensor (40) erfasst wird, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit (ωs) oder einer Lenkwinkelbeschleunigung (αs), die durch Wandeln des Motorrotationswinkels (Θm), der durch den Motorrotationswinkelsensor (50) erfasst wird, erhalten wird, und eines vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts (Tm*) die Lenkwellenlast (Tx) schätzt, wobeidie Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einer Lenkzustandsänderung zwischen einem Betrieb eines Drehens und einem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads (2) eine geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert, unddie Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einem Produktwert des Lenkdrehmoments (Ts) und der Lenkwinkelgeschwindigkeit (ωs) die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung.
Bis jetzt ist bei einem elektrischen Servolenkungssystem eines Fahrzeugs eine Steuervorrichtung bekannt, die ein Unterstützungsdrehmoment steuert, das durch einen Motor auf der Basis von Informationen, wie zum Beispiel eines Lenkdrehmoments, ausgegeben wird.
Eine Vorrichtung, die in der JP 2013 - 126 822 A offenbart ist, schätzt beispielsweise auf der Basis von Erfassungswerten eines Drehmomentsensors, der ein Lenkdrehmoment erfasst, eines Stromsensors, der einen Wirkstrom, der in dem Motor fließt, erfasst, und eines Motorrotationswinkelsensors, der eine Rotationswinkelgeschwindigkeit des Motors erfasst, eine axiale Kraft, die an eine Lenkwelle anzulegen ist. Die geschätzte axiale Kraft wird in eine Motorsteuersignalausgabeeinheit eingegeben, und ein Zielunterstützungswert wird auf der Basis eines Bestimmungsresultats unter Verwendung der geschätzten axialen Kraft geändert, um ein Lenkgefühl zu verbessern.
Bei der Vorrichtung der JP 2013 - 126 822 A spiegelt ein durch den Stromsensor erfasster Wert eines Wirkmotorstroms eine Wirkmotorausgangsleistung wider, besitzt jedoch das Potenzial, eine Hochfrequenzkomponente, wie zum Beispiel ein Sensorrauschen, aufzuweisen. Wenn daher die axiale Kraft, die an die Lenkachse anzulegen ist, auf der Basis des erfassten Werts des Stromsensors geschätzt wird, besitzt die Verwendung des geschätzten Werts, der eine Hochfrequenzkomponente aufweist, für eine Berechnung, die eine Basis einer Unterstützungssteuerung des elektrischen Servolenkungssystems ist, ein Problem der Zuverlässigkeit.
JP 2013 - 103 664 A offenbart eine elektrische Servolenkvorrichtung. In einem EPS-System berechnet ein Operationsteil den Unterstützungskompensationsbetrag auf der Grundlage des Lenkdrehmoments, in dem die Betätigung des Lenkrads durch einen Fahrer des Fahrzeugs widergespiegelt wird, und der geschätzten Reaktionskraft der Straßenoberfläche, in der das Verhalten des Fahrzeugs widergespiegelt wird, um die folgenden zwei Verstärkungscharakteristiken (a) und (b) zu erfüllen. (a) Wenn die Frequenz des Lenkdrehmoments eine zuvor eingestellte erste Einstellfrequenz überschreitet, hat die Verstärkungscharakteristik eines Kompensationsunterstützungsbetrags für das Lenkdrehmoment die Form eines primären Filters, bei dem die Verstärkung eines Kompensationsunterstützungsbetrags allmählich abnimmt, wenn die Frequenz höher wird. (b) Die Verstärkungscharakteristik des Kompensationsunterstützungsbetrags für die geschätzte Straßenoberflächen-Reaktionskraft hat eine Differentialeigenschaft der geschätzten Straßenoberflächen-Reaktionskraft, wobei die Verstärkung des Kompensationsunterstützungsbetrags allmählich zunimmt, wenn die Frequenz höher wird, bis die Frequenz des Schätzwerts der Straßenoberflächen-Reaktionskraft eine zweite Einstellfrequenz erreicht, die zuvor so eingestellt wurde, dass sie höher als die erste Einstellfrequenz ist.
JP 2013 - 126 822 A offenbart eine elektrische Servolenkvorrichtung. In der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, die eine von einem Motor erzeugte Hilfskraft auf eine Lenkwelle überträgt und die Lenkung unterstützt, die als Reaktion auf die Bewegung in der Wellenlängsrichtung der Lenkwelle in Abhängigkeit von der auf die Lenkwelle wirkenden Axialkraft ausgeführt wird, enthält die elektrische Servolenkungsvorrichtung einen Drehmomentsensor zum Erfassen des Lenkdrehmoments der Lenkung, einen Stromsensor zum Erfassen des tatsächlichen Stroms, der durch den Motor fließt, und eine MotordrehwinkelgeschwindigkeitsErfassungseinrichtung zum Erfassen der Motor-Drehwinkelgeschwindigkeit. Die elektrische Servolenkvorrichtung enthält eine Axialkraftschätzeinrichtung zum Schätzen der Axialkraft, die auf die Lenkwelle ausgeübt wird, auf der Grundlage der Werte des Drehmomentsensors, des Stromsensors und der Motordrehwinkelgeschwindigkeitserfassungseinrichtung.
Gemäß der US 2012 / 0 197 493 A1 berechnet ein Lenkwinkel-Schätzabschnitt einen vorderradseitigen geschätzten Lenkwinkel und einen hinterradseitigen geschätzten Lenkwinkel durch Verwendung von Radgeschwindigkeiten jeweiliger Räder und mittelt diese Lenkwinkel, um dadurch einen genauen geschätzten Lenkwinkel zu erhalten. Es berechnet auch eine geschätzte Lenkwinkeldifferenz zwischen den Lenkwinkeln. Ein Axialkraft-Schätzabschnitt berechnet eine Basis-Axialkraft unter Verwendung des geschätzten Lenkwinkels und einer Fahrzeuggeschwindigkeit und berechnet eine Korrektur-Axialkraft, die eine Axialkraftdifferenz (Hysterese) auf die Basis-Axialkraft in Übereinstimmung mit einem Dreh- oder Rückstellvorgang von einem Fahrer beaufschlagt. Der Axialkraftschätzabschnitt addiert die Basisaxialkraft und die Korrekturaxialkraft zusammen, um dadurch eine genaue geschätzte Axialkraft zu berechnen. Ein Unterstützungsberechnungsabschnitt vergleicht ein Ziellenkdrehmoment, das sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert, und die genaue geschätzte Axialkraft und subtrahiert das Ziellenkdrehmoment von der geschätzten Axialkraft, um dadurch ein Unterstützungsdrehmoment zu berechnen.
Gemäß der WO 2013/ 061 567 A1 verteilt eine Steuerrecheneinheit ein aktuelles Drehmoment und ein Querbeschleunigungsdrehmoment über voreingestellte Verteilungsverhältnisse und berechnet ein Rückkopplungsdrehmoment, das das Zahnstangendrehmoment ist. Dann treibt die Steuerrecheneinheit einen Reaktionskraftmotor auf der Grundlage des berechneten Rückkopplungsdrehmoments an. Außerdem wird bewirkt, dass das Verteilungsverhältnis des Lateral-G-Drehmoments größer ist als das Verteilungsverhältnis des momentanen Drehmoments.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung zu schaffen, die eine Lenkachslast schätzen kann, während ein Einfluss eines Rauschens vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung steuert eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung ein Unterstützungsdrehmoment, das durch einen Motor ausgegeben wird, und liefert ein elektrisches Servolenkungssystem. Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung weist ein Lenkrad, das durch einen Fahrer eines Fahrzeugs betrieben wird, einen Torsionsstab, der zwischen das Lenkrad und eine Säulenwelle geschaltet ist, einen Drehmomentsensor, der basierend auf einem Torsionswinkel des Torsionsstabs ein Lenkdrehmoment erfasst, eine drehende Vorrichtung, die eine Rotationsbewegung der Säulenwelle durch eine Zahnstangen- und RitzelEinrichtung in eine hin und her gehende Bewegung einer Zahnstange, die ein Rad des Fahrzeugs dreht, wandelt, den Motor, der das Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen der Rotationsbewegung der Säulenwelle oder eines Schubs der Zahnstange erzeugt, einen Motorrotationswinkelsensor, der einen Rotationswinkel des Motors erfasst, eine Lenkwellenlastschätzungseinheit, die eine Lenkwellenlast schätzt, die eine Last eines Lenkens, das durch einen Lenkradbetrieb des Fahrers und einen Unterstützungsbetrieb des Motors geliefert wird, ist, und eine Grundunterstützungssteuereinheit auf, die einen Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert berechnet, der ein Grundwert eines Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts hinsichtlich des Motors ist. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit schätzt basierend auf dem Lenkdrehmoment, das durch den Drehmomentsensor erfasst wird, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit oder einer Lenkwinkelbeschleunigung, die durch Wandeln des Motorrotationswinkels, der durch den Motorrotationswinkelsensor erfasst wird, erhalten wird, und eines vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts die Lenkwellenlast. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit korrigiert basierend auf einer Lenkzustandsänderung zwischen einem Betrieb eines Drehens und einem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads eine geschätzte Lenkwellenlast. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit korrigiert basierend auf einem Produktwert des Lenkdrehmoments und der Lenkwinkelgeschwindigkeit die geschätzte Lenkwellenlast.
Bei der vorhergehenden Vorrichtung kann, da der Erfassungswert des Stromsensors im Gegensatz zu der verwandten Technik der JP-A-2013-126822 nicht verwendet wird, ein Einfluss des Stromsensorrauschens auf die Hochfrequenzkomponente vermieden werden, und die Zuverlässigkeit der Schätzung der Lenkwellenlast kann verbessert werden.
Die vorhergehenden und andere Ziele, Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen ist, offensichtlicher. Es zeigen:

1 ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2 ein Modelldiagramm eines elektrischen Servolenkungssystems;
3 eine schematische Ansicht einer Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung;
4 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Ritzeldrehmoment und einem Zahnstangenschub bei der Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung darstellt;
5 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Frequenzcharakteristik eines Spiels darstellt;
6 eine Abbildung, die eine Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und einem Gewinnkorrekturwert darstellt;
7 ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
8 ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
9 ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
10 ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
11 ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung ist eine Vorrichtung, die ein Unterstützungsdrehmoment, das durch einen Motor bei einem elektrischen Servolenkungssystem für ein Fahrzeug ausgegeben wird, steuert und ist beispielsweise als eine ECU (= electronic control unit = elektronische Steuereinheit) konfiguriert.
Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf ein elektrisches Servolenkungssystem 1 eines Säulenunterstützungstyps angewendet, das die Rotation einer Säulenwelle 32 durch ein Unterstützungsdrehmoment eines Motors 5 unterstützt. Das elektrische Servolenkungssystem 1 weist ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 31, die Säulenwelle 32, eine Zwischenwelle 33, einen Torsionsstab 4, den Motor 5, ein Schneckengetriebe 6, eine drehende Vorrichtung 7, einen Drehmomentsensor 40 und einen Motorrotationswinkelsensor 50 auf.
Das Lenkrad 2, das durch den Fahrer betrieben wird, ist mit einem Ende der Lenkwelle 31 gekoppelt. Der Drehmomentsensor 40 erfasst auf der Basis eines Torsionswinkels des Torsionsstabs 4, der zwischen das andere Ende der Lenkwelle 31 und die Säulenwelle 32 geschaltet ist, ein Torsionsdrehmoment. Das Torsionsdrehmoment, das durch den Drehmomentsensor 40 erfasst wird, ist im Folgenden ein „Lenkdrehmoment Ts“ genannt.
Der Motor 5 ist durch das Schneckengetriebe 6 mit der Säulenwelle 32 verbunden, um ein Unterstützungsdrehmoment TM (Bezug nehmend auf 2) zu erzeugen, das die Rotation der Säulenwelle 32 unterstützt. Die Rotation der Säulenwelle 32, der das Unterstützungsdrehmoment TM hinzugefügt ist, wird zu der Zwischenwelle 33 übertragen, die die Säulenwelle 32 mit der drehenden Vorrichtung 7 koppelt.
Der Rotationswinkel θm des Motors 5 wird ferner durch den Motorrotationswinkelsensor 50 erfasst.
Die drehende Vorrichtung 7 ist durch eine Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung, die ein Ritzel und eine Zahnstange (Bezug nehmend auf 3) aufweist, konfiguriert, und wandelt eine Rotationsbewegung der Säulenwelle 32, die durch die Zwischenwelle 33 übertragen wird, in eine Rotationsbewegung der Zahnstangenwelle. Spurstangen 81 sind an beide Enden der Zahnstange der drehenden Vorrichtung 7 gepasst, und die Zahnstange sowie die Spurstangen 81 gehen nach rechts und links hin und her. Jede der Spurstangen 81 zieht oder schiebt einen Gelenkarm bzw. Spurhebel 82, der an einer Spitze der Spurstangen 81 befestigt ist, um Räder 9, die eine Straßenoberfläche RD berühren, zu drehen.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 60, der auf einem gegebenen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist, erfasst ferner eine Fahrzeuggeschwindigkeit V.
Die Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung weist eine Lenkwellenlastschätzungseinheit 41, eine Grundunterstützungssteuereinheit 44, eine Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 als Konfigurationen auf, die mit anderen Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, die später beschrieben sind. Die Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung weist ferner eine Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit 42 als eine Konfiguration auf, die für das erste Ausführungsbeispiel spezifisch ist.
Diese Konfigurationen entsprechen einer „Lenkwellenlastschätzungseinheit“, einer „Grundunterstützungssteuereinheit“, einer „Korrekturdrehmomentberechnungseinheit“ und einer „Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit“ und sind spezifisch durch einen Mikrocomputer konfiguriert.
In 1 weist ferner ein Bereich (innerhalb eines Zweipunkt-Strichlinien-Kastens) der Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung eine Motorwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 51 und eine Lenkwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 auf. Die Motorwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 differenziert einen Motorrotationswinkel θm, der durch den Motorrotationswinkelsensor 50 erfasst wird, nach der Zeit, um eine Motorwinkelgeschwindigkeit ωm zu berechnen. Die Lenkwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 wandelt die Motorwinkelgeschwindigkeit ωm in eine Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs, die eine Winkeländerung der Lenkwelle 31 ist.
Die Motorwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 51 und die Lenkwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 können außerhalb der Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung angeordnet sein, und die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs, die extern berechnet wird, kann in die Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung eingegeben werden.
Die Grundunterstützungssteuereinheit 44 und die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 sind erstens allgemeine Konfigurationen, die in der Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung nach der verwandten Technik vorgesehen sind.
Die Grundunterstützungssteuereinheit nach der verwandten Technik empfängt allgemein Informationen, wie zum Beispiel das Lenkdrehmoment Ts, das durch den Drehmomentsensor erfasst wird, den Motorrotationswinkel θm, der durch den Motorrotationswinkelsensor erfasst wird, und die Fahrzeuggeschwindigkeit V, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfasst wird, und berechnet auf der Basis dieser Informationen einen „Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm*“, der ein Grundwert des Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts ist, zu dem Motor 5.
Die Grundunterstützungssteuereinheit 44 gemäß diesem Ausführungsbeispiel empfängt im Gegensatz dazu nicht das Lenkdrehmoment Ts und die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs direkt, sondern empfängt diese Informationen als der Schätzwert einer Lenkwellenlast Tx durch die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41.
Die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 berechnet ferner ein Korrekturdrehmoment Tcomp zu dem Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm*, das beispielsweise den Betrieb eines Drehens oder eines Zurückdrehens des Lenkrads 2 oder die Konvergenz des Fahrzeugs in Betracht zieht. Ein „korrigierter Unterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm**“, bei dem der Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm* und das korrigierte Drehmoment Tcomp durch einen Addierer 46 addiert werden, wird zusätzlich dem Motor 5 befohlen.
Die Unterstützungsdrehmomentberechnung durch die Grundunterstützungssteuereinheit 44 und die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 wird wiederholt ausgeführt, wenn ein Zündschalter des Fahrzeugs ein ist.
Dann schätzt die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41, die eine charakteristische Konfiguration der vorliegenden Offenbarung ist, eine „Lenkwellenlast Tx“, die eine Last eines Lenkens, das durch den Lenkbetrieb des Fahrers und die Unterstützung des Motors 5 ausgeführt wird, ist. Die Schätzung wird auf der Basis des Lenkdrehmoments Ts, das durch den Drehmomentsensor 40 erfasst wird, der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs, die von der Lenkwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 eingegeben wird, und bei dem ersten Ausführungsbeispiel einem vorausgehenden Wert des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm** durchgeführt. Bei diesem Beispiel ist der „vorausgehende Wert“ ein vorausgehender Berechnungswert bei der Berechnung eines Grundunterstützungsdrehmoments und eines korrigierten Drehmoments, die wiederholt ausgeführt wird, und es ist denkbar, dass grundsätzlich ein vorausgehender Wert (ein Wert unmittelbar vorher) verwendet wird, jedoch zwei oder mehr vorausgehende Werte verwendet werden können.
Wenn der korrigierte Unterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm** verwendet wird, obwohl eine Möglichkeit besteht, dass eine Hochfrequenzkomponente in das korrigierte Drehmoment Tcomp bei einem fünften Ausführungsbeispiel, das später beschrieben ist, gemischt wird, ist dies dahingehend vorteilhaft, dass Informationen, die näher an einem wirklichen Verhalten des Motors 5 sind, erhalten werden können.
Als Nächstes ist eine Beschreibung über eine Theorie zum Schätzen der Lenkwellenlast Tx auf der Basis der vorausgehenden Werte des Lenkdrehmoments Ts, der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs und des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm** unter Bezugnahme auf 2, die das elektrische Servolenkungssystem zeigt, angegeben. Ein Modell von 2 weist einen Lenkabschnitt H, der dem Lenkrad 2 entspricht, einen Säulenabschnitt C, der der Säulenwelle 32 entspricht, und einen Lastabschnitt L, der einem Abschnitt, der sich von der Zahnstange der drehenden Vorrichtung 7 zu den Rädern 9 erstreckt, entspricht, auf.
Der Lenkabschnitt H und der Säulenabschnitt C sind durch eine Feder Spt, die dem Torsionsstab 4 des Drehmomentsensors 40 entspricht, miteinander gekoppelt. Der Säulenabschnitt C und der Lastabschnitt L sind durch eine Feder Spin, die der Zwischenwelle 33 entspricht, miteinander gekoppelt. Der Lastabschnitt L und die Straßenoberfläche rd sind durch eine Feder Spti, die den Reifen der Räder 9 entspricht, miteinander gekoppelt.
In der Figur gibt ein Symbol T ein Drehmoment an, k ist eine Torsionsfederkonstante, C ist ein Flüssigkeitsreibungskoeffizient und θ ist ein Rotationswinkel, und tiefgestellte Indizes „h“, „c“ und „L“ der Symbole stellen die Mengen bei dem Lenkabschnitt H, dem Säulenabschnitt C bzw. dem Lastabschnitt L dar. TM gibt ein Motordrehmoment an und entspricht dem Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm* oder dem korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm** bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Modell sind Bewegungsgleichungen in den jeweiligen Abschnitten durch Ausdrücke (1.1) bis (1.3) dargestellt. Ein Symbol J gibt ein Trägheitsmoment an. $J_{h} {\ddot{θ}}_{h} = - k_{t} (θ_{h} - θ_{c}) - C_{h} {\dot{θ}}_{h} + T_{h}$
$J_{c} {\ddot{θ}}_{c} = k_{t} (θ_{h} - θ_{c}) - C_{c} {\dot{θ}}_{c} - k_{in} (θ_{c} - θ_{L}) + T_{M}$
$J_{L} {\ddot{θ}}_{L} = k_{in} (θ_{c} - θ_{L}) - C_{L} {\dot{θ}}_{L} - k_{ti} θ_{L} + T_{L}$
Ein Ausdruck (1.2') wird durch Umformen des Ausdrucks (1.2) des Säulenabschnitts C erhalten. $k_{in} (θ_{c} - θ_{L}) - C_{c} {\dot{θ}}_{c} = T_{M} + k_{t} (θ_{h} - θ_{c}) - J_{c} {\ddot{θ}}_{c}$
Wie in 2 dargestellt ist, wird die Lenkwellenlast Tx auf einen Abschnitt X, der sich in der Nähe eines Kopplungsabschnitts der Säulenwelle 32 und der Zwischenwelle 33 befindet, ausgeübt, und ist gleich einer Summe des Drehmoments der Zwischenwelle 33 und der Säulendrehungsreibung, das heißt einer linken Seite des Ausdrucks (1.2`).
Das Lenkdrehmoment Ts, das heißt das Torsionsdrehmoment, das durch den Drehmomentsensor 40 erfasst wird, ist ferner durch einen Ausdruck (2) dargestellt. $Ts = kt (θ h - θ c)$
Die Lenkwellenlast Tx ist daher durch einen Ausdruck (3) dargestellt. $\begin{array}{l} Tx = k_{in} (θ_{c} - θ_{L}) + C_{c} {\dot{θ}}_{c} \\ = T_{M} + kt (θ_{h} - θ_{c}) - J_{c} {\ddot{θ}}_{c} \\ = T_{M} + {Ts-J}_{c} {\ddot{θ}}_{c} \end{array}$
Ein drittes Glied einer rechten Seite in dem Ausdruck (3) kann durch Differenzieren der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs nach der Zeit berechnet werden.
Mit der vorhergehenden Beschreibung kann die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 auf der Basis der Informationen über die vorausgehenden Werte des Lenkdrehmoments Ts, der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs und des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm** die Lenkwellenlast Tx schätzen.
Wenn das dritte Glied der rechten Seite in dem Ausdruck (3) ignoriert wird, ist es denkbar, dass die Lenkwellenlast Tx die Summe des Lenkdrehmoments Ts und des Unterstützungsdrehmoments TM ausgleicht.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 gemäß diesem Ausführungsbeispiel korrigiert ferner unterschiedlich den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx, die wie im Vorhergehenden beschrieben geschätzt wird, um eine Schätzgenauigkeit zu verbessern.
Als eine der Lenkwellenlastkorrekturen führt die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 eine Korrektur durch, die „eine Änderung des Lenkzustands“ des Zustands eines Drehens und des Zustands eines Zurückdrehens des Lenkrads 2 in Betracht zieht. Als ein Mittel zum Erreichen der Korrektur weist das erste Ausführungsbeispiel die Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit 42 auf. Die Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit 42 empfängt das Lenkdrehmoment Ts und die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs, bestimmt auf der Basis der Änderung, dass der Lenkzustand geändert wurde, und gibt ein Bestimmungssignal Sj zu der Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 aus. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 korrigiert auf der Basis des Bestimmungssignals Sj den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx.
Die „Änderung des Lenkzustands“ besitzt insbesondere ein Problem bei „der charakteristischen Änderung des Lenkungssystems“, die durch ein Spiel eines Getriebes, das durch eine Änderung von dem Betrieb eines Drehens zu dem Betrieb eines Zurückdrehens oder eine Änderung von dem Betrieb eines Zurückdrehens zu dem Betrieb eines Drehens erzeugt wird, verursacht wird. Das Spiel des Getriebes wird in mehreren Abschnitten auf einem Leistungsübertragungsweg, der sich von dem Motor 5 zu der drehenden Vorrichtung 7 erstreckt, erzeugt. Eine Beschreibung ist nun über eine Leistungsbeziehung zwischen einer Antriebsseite und einer Nicht-Antriebsseite mit der Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung der drehenden Vorrichtung 7 als ein Beispiel unter Bezugnahme auf 3 und 4 angegeben.
Wie in 3 dargestellt ist, sind bei der Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung der drehenden Vorrichtung 7 Zähne 72 eines Ritzels 71 mit Zähnen 74 einer Zahnstange 73 in Eingriff. Es sei zuerst ein Fall betrachtet, bei dem die Zahnstange 73 durch das Drehmoment des Ritzels 71 angetrieben wird. Dies entspricht dem Betrieb, wenn das Lenkrad 2 gedreht wird.
In einem Fall (I) wird „1“ Enden von Zeichen eines Drehmoments und einer Kraft hinzugefügt, und ein Ritzeldrehmoment ist durch Tp1 dargestellt, und ein Schub zum Schieben der Zahnstange 73 in einer axialen Richtung durch das Ritzeldrehmoment Tp1 ist durch Fp1 dargestellt. Es ist ferner angenommen, dass ein Radius des Ritzels 71 rp ist, ein Eingriffswinkel der Zahnstangenzähne 74 α ist, und ein Steigungswinkel γ ist.
Eine Kraft Fp1, durch die das Ritzel 71 die Zahnstange 73 in der axialen Richtung schiebt, ist durch einen Ausdruck (4.1) dargestellt. $Fp 1 = Tp 1 / rp$
Eine Kraft Ft1, durch die die Kraft Fp1 eine Zahnoberfläche der Zahnstangenzähne74 senkrecht schiebt, ist durch einen Ausdruck (4.2) dargestellt. $Ft 1 = Fp 1 cos α cos γ$
Ein Bezugswert Fr1_ref der Kraft, durch die die Zahnstange 73 in der axialen Richtung durch die Kraft Ft1 gedrückt wird, ist durch einen Ausdruck (4.3) dargestellt. $Fr 1_ref = Ft 1 cos γ cos α$
Ein Ausdruck (4.4) wird durch Erweitern des Ausdrucks (4.3) durch die Ausdrücke (4.1) und (4.2) erhalten. $Fr 1_ref = (TP 1 / rp) cos 2 α cos 2 γ$
Wenn ferner angenommen wird, dass eine Reibungskraft, die entlang einer Zahnoberflächengleitrichtung der Zahnstangenzähne 74 wirkt, durch „µFt1“ unter der Annahme dargestellt ist, dass der Zahnoberflächenreibungskoeffizient µ ist, ist eine Komponente Fr1_frc der Reibungskraft µFt1 in der axialen Richtung der Zahnstange 73 durch einen Ausdruck (4.5) dargestellt. $\begin{array}{l} Fr 1_frc = μ Ft 1 sin γ cos α \\ = μ (Tp 1 / rp) cos 2 α sin γ cos γ \end{array}$
Mit der vorhergehenden Konfiguration ist, wenn das Ritzel 71 die Zahnstange 73 antreibt, der Zahnstangenschub Fr1 gegen das Ritzeldrehmoment Tp1 durch einen Ausdruck (5) durch die Ausdrücke (4.4.) und (4.5) dargestellt. $\begin{array}{l} Fr 1 = Fr 1_ref - Fr 1_frc \\ = (Tp 1 / rp) \times (cos 2 α cos 2 γ - μ cos 2 α sin γ cos γ) \end{array}$
Es sei dann ein Fall betrachtet, in dem sich das Ritzel 71 durch eine Kraft in der axialen Richtung der Zahnstange 73 rotiert. Dies entspricht einem Fall, in dem eine Richtung der Räder 9 aufgrund einer Stufe der Straßenoberfläche rd variiert, und das Lenkrad 2 zittert, oder einem Fall, in dem ein selbstausrichtendes Drehmoment, um zu versuchen, die Richtung der Räder 9 zu einer geraden Richtung des Fahrzeugs zurückkehren zu lassen, aufgrund einer Straßenoberflächenreaktionskraft wirkt, wenn der Betrieb eines Drehens des Lenkrads 2 stoppt.
In einem Fall (II) ist „2“ Enden von Zeichen des Drehmoments und der Kraft hinzugefügt, ein Schub der Zahnstange 73 in der axialen Richtung ist durch Fr2 dargestellt, und ein Drehmoment zum Drehen des Ritzels 71 durch den Zahnstangenschub Fr2 ist durch Tp2 dargestellt. Die jeweiligen Symbole nutzen ferner die Symbole des vorhergehenden Falls (I).
Die Ableitung von detaillierten Ausdrücken ist weggelassen, und wenn die Zahnstange 73 das Ritzel 71 antreibt, wird das Ritzeldrehmoment Tp2 zu dem Zahnstangenschub Fr2 durch einen Ausdruck (6) ausgedrückt. $TP 2 = rp \times Fr 2 \times (cos 2 α cos 2 γ - μ cos 2 α cos γ sin γ)$
4 stellt eine grafische Darstellung dar, bei der gegebene numerische Werte für einen Radius rp, einen Eingriffswinkel α und den Steigungswinkel γ in die Ausdrücke (5) und (6) eingesetzt sind, und eine Beziehung zwischen dem Zahnstangenschub Fr und dem Ritzeldrehmoment Tp ist mit dem Zahnoberflächenreibungskoeffizienten µ = 0; 0,3; 1,0 aufgetragen.
Eine Kennlinie des Falls (I), in dem das Ritzel 71 die Zahnstange 73 antreibt, und eine Kennlinie des Falls (II), in dem die Zahnstange 73 das Ritzel 71 antreibt, besitzen hinsichtlich einer Spiegellinie M eine umgekehrte Beziehung. Beide dieser Kennlinien kommen einander näher, sowie der Zahnoberflächenreibungskoeffizient µ näher an 0 ist, und der Übertragungswirkungsgrad höher ist, beide Kennlinien besitzen jedoch eine Tendenz, um voneinander weiter weg zu sein, sowie der Zahnoberflächenreibungskoeffizient µ näher an 1 ist, und der Übertragungswirkungsgrad niedriger ist.
Mit der „Änderung des Lenkzustands“, die durch ein Stellen von dem Betrieb eines Drehens zu dem Betrieb eines Zurückdrehens während eines Antreibens des Fahrzeugs verursacht wird, ändern sich die Leistungsübertragungscharakteristiken bei der Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung gemäß Hysteresecharakteristiken von S1, S2, S3 und S4 in der genannten Reihenfolge. Unter diesen Umständen gibt es einen technischen Sinn zum Korrigieren des Schätzwerts der Lenkwellenlast Tx in Anbetracht der charakteristischen Änderung des Lenkungssystems aufgrund des Spiels bzw. Umkehrspiels eines solchen Getriebes.
Als ein Beispiel einer anderen „charakteristischen Änderung des Lenkungssystems“ als das Spiel sind Wechsel etc. einer Haftreibung und einer Gleitreibung bei einer Leistungsübertragungseinrichtung denkbar.
Die „charakteristische Änderung des Lenkungssystems“ und insbesondere der Schätzwert der Lenkwellenlast Tx auf der Basis der Frequenzcharakteristiken, wie es in 5 dargestellt ist, können ferner korrigiert werden. Das heißt, in Anbetracht der Spitzenfrequenz fp der Frequenzcharakteristiken, die das Phänomen zeigen, ist es vorzuziehen, eine geeignete Gewinnkorrektur durchzuführen.
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, korrigiert die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 basierend auf der „Änderung des Lenkzustands“ den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 dieses Ausführungsbeispiels korrigiert zusätzlich basierend auf ferner dem Übertragungswirkungsgrad η der Leistungsübertragungseinrichtung zum Übertragen der Ausgabe des Motors 5 zu der Zahnstange 73 den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx. Die Leistungsübertragungseinrichtung weist beispielsweise zwischen dem Motor 5 und der Säulenwelle 32, der Zwischenwelle 33 oder der Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung der drehenden Vorrichtung 7 das Schneckengetriebe 6 auf.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 dieses Ausführungsbeispiels korrigiert zusätzlich auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 60 erfasst wird, den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx. Wie es in der Abbildung in 6 dargestellt ist, wird beispielsweise eine Korrektur vorgenommen, sodass ein relativ kleiner Geschwindigkeitsgewinn G1 in einem Bereich genutzt wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder niedriger als V1 ist, ein relativ großer Geschwindigkeitsgewinn G2 (≈ 1) in einem Bereich genutzt wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V höher als V2 ist, und sich der Fahrzeuggeschwindigkeitsgewinn gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit V zwischen G1 und G2 in einem Bereich ändert, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V von V1 bis V2 ist.
(Vorteilhafte Wirkungen)
Die vorteilhaften Wirkungen der Steuervorrichtung 101 für eine elektrische Servolenkung gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind beschrieben.

(1) Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 schätzt auf der Basis des vorausgehenden Werts des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm** zusätzlich zu dem Lenkdrehmoment Ts und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs die Lenkwellenlast Tx. Da der Erfassungswert des Stromsensors im Gegensatz zu der verwandten Technik der JP-A-2013-126822 nicht verwendet wird, kann ein Einfluss der Hochfrequenzkomponente, die durch das Stromsensorrauschen verursacht wird, vermieden werden, und die Zuverlässigkeit der Schätzung der Lenkwellenlast Tx kann verbessert werden.
(2) Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 gemäß diesem Ausführungsbeispiel korrigiert basierend auf der „Änderung des Lenkzustands“ des Betriebs eines Drehens und des Betriebs eines Zurückdrehens des Lenkrads 2 den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx. Die verwandte Technik der JP-A-2013-126822 betrachtet nicht die Änderung des Lenkzustands, während die vorliegende Offenbarung die Änderung des Lenkzustands betrachtet, wodurch dieselbe in der Lage ist, den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx geeignet zu korrigieren.

Bei dem Ausführungsbeispiel kann ferner, da die Grundunterstützungssteuereinheit 44 auf der Basis des Schätzwerts der Lenkwellenlast Tx den Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm* berechnet, durch Verwenden des geeigneten Schätzwerts für die Unterstützungssteuerung das Fahrerlenkgefühl verbessert werden.

(3) Dieses Ausführungsbeispiel weist die Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit 42 als eine spezifische Einrichtung auf, um die „Änderung in dem Lenkzustand“ zu finden. Mit der vorhergehenden Konfiguration machen es die Änderung des Lenkdrehmoments Ts und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs mit dem Übergang zwischen dem Betrieb eines Drehens und dem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads 2 möglich, die „Änderung des Lenkzustands“ geeignet herauszufinden.
(4) Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 gemäß diesem Ausführungsbeispiel korrigiert ferner auf der Basis des Übertragungswirkungsgrads η der Leistungsübertragungseinrichtung und der Fahrzeuggeschwindigkeit V den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx. Mit der vorhergehenden Konfiguration kann der Schätzwert der Lenkwellenlast Tx mit einer höheren Genauigkeit korrigiert werden.

(Zweites Ausführungsbeispiel)
Eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele sind die im Wesentlichen gleichen Konfigurationen wie dieselben bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch identische Symbole bezeichnet, und eine wiederholte Beschreibung ist weggelassen.
Eine Steuervorrichtung 102 für eine elektrische Servolenkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist einen Multiplizierer 43, der ein Produkt eines Lenkdrehmoments Ts, das von einem Drehmomentsensor 40 gewonnen wird, und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs, die von einer Lenkwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 gewonnen wird, berechnet, statt der Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit 42 des ersten Ausführungsbeispiels auf. Da sich ein Wert des Produkts ändert, wenn sich mindestens entweder das Lenkdrehmoment Ts oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs ändert, kann eine Änderung des Lenkzustands herausgefunden werden.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 schätzt durch die Verwendung einer Abbildung oder dergleichen auf der Basis des Werts, der durch den Multiplizierer 43 ausgegeben wird, die Änderung des Lenkzustands und korrigiert den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx.
Das zweite Ausführungsbeispiel erhält die gleichen vorteilhaften Wirkungen (1) bis (4) des ersten Ausführungsbeispiels.
(Dritte bis sechste Ausführungsbeispiele)
Eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß dritten bis sechsten Ausführungsbeispielen ist unter Bezugnahme auf 8 bis 11 beschrieben. Die dritten bis sechsten Ausführungsbeispiele besitzen keine Konfiguration, bei der der Schätzwert der Lenkwellenlast Tx auf der Basis einer Änderung des Lenkzustands bei einer Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 wie bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen korrigiert wird. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 korrigiert auf der Basis des Übertragungswirkungsgrads η oder der Fahrzeuggeschwindigkeit V (8 und 9) den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx oder gibt den Schätzwert aus, ohne den Schätzwert zu korrigieren (10 und 11).
Bei den dritten bis fünften Ausführungsbeispielen ist ferner das Lenkdrehmoment Ts der drei Werte, die durch die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 als eine Basis für eine Schätzung der Lenkwellenlast Tx verwendet werden, gemeinsam, und ein anderer oder zwei Werte unterscheiden sich.
Bei einer Steuervorrichtung 103 für eine elektrische Servolenkung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das in 8 dargestellt ist, schätzt die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 auf der Basis des Lenkdrehmoments Ts, der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs und „des vorausgehenden Werts des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm**“ wie bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen die Lenkwellenlast Tx.
Eine Steuervorrichtung 104 für eine elektrische Servolenkung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, die in 9 dargestellt ist, weist im Gegensatz dazu eine Lenkwinkelbeschleunigungsberechnungseinheit 53 zum Differenzieren der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs, die durch die Lenkwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 52 berechnet wird, nach der Zeit auf, und die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 schätzt auf der Basis der Lenkwinkelbeschleunigung αs statt der Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs die Lenkwellenlast Tx.
Die Lenkwinkelbeschleunigungsberechnungseinheit 53 ist ferner nicht auf eine Konfiguration begrenzt, die ein Bereich der Steuervorrichtung 104 für eine elektrische Servolenkung aufweist, kann jedoch außerhalb der Steuervorrichtung 104 für eine elektrische Servolenkung angeordnet sein.
Wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs in die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, beispielsweise eingegeben wird, wird die interne Lenkwinkelgeschwindigkeit ωs innerhalb der Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 differenziert, um dadurch ein drittes Glied des Ausdrucks (3) zu berechnen, das heißt „das Glied einer zweiten Ableitung von θc“. Wie bei diesem Ausführungsbeispiel empfängt im Gegensatz dazu die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 die Lenkwinkelbeschleunigung αs, die durch die externe Lenkwinkelbeschleunigungsberechnungseinheit 53 differenziert wurde, und kann die Lenkwinkelbeschleunigung αs für eine Berechnung, wie sie ist, verwenden.
Bei einer Steuervorrichtung 105 für eine elektrische Servolenkung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, die in 10 dargestellt ist, schätzt ferner die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 auf der Basis des „vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm*“, das heißt eines Werts, bevor ein korrigiertes Drehmoment Tcomp durch einen Addierer 46 addiert wurde, zusätzlich zu dem Lenkdrehmoment Ts und der Lenkwinkelbeschleunigung αs den Schätzwert der Lenkwellenlast Tx. Die Interpretation von „vorausgehender Wert“ ist identisch zu derselben des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm**.
Da der Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm* ein berechneter Wert der Grundunterstützungssteuereinheit 44 an sich ist, ist, obwohl der Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm* eine Tendenz besitzt, das wirkliche Verhalten des Motors 5 verglichen mit dem korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm** kaum widerzuspiegeln, derselbe dahingehend vorteilhaft, dass eine Schwankung des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts Tm* aufgrund der Hochfrequenzkomponente unterdrückt wird.
Von dem Standpunkt der Informationen aus, die durch die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 gewonnen werden, kann zusätzlich bei diesem Ausführungsbeispiel keine Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 vorgesehen sein.
Schließlich unterscheidet sich eine Steuervorrichtung 106 für eine elektrische Servolenkung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, die in 11 dargestellt ist, von derselben der ersten bis fünften Ausführungsbeispiele dahingehend, dass der Schätzwert der Lenkwellenlast Tx, der durch die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41 geschätzt wird, nicht in die Grundunterstützungssteuereinheit 44 eingegeben wird, sondern lediglich in die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 eingegeben wird.
In diesem Fall berechnet die Grundunterstützungssteuereinheit 44 auf der Basis des Lenkdrehmoments Ts, das von dem Drehmomentsensor 40 gewonnen wird, einen Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert Tm*. Ein Schätzwert der Lenkwellenlast Tx wird durch die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 dem korrigierten Drehmoment Tcomp unterworfen und dann für die Unterstützungssteuerung verwendet.
Bei den anderen Ausführungsbeispielen, die im Vorhergehenden beschrieben sind, kann zusätzlich der Schätzwert der Lenkwellenlast Tx lediglich in die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit 45 eingegeben werden.
Alle der vorhergehenden dritten bis sechsten Ausführungsbeispiele teilen die vorteilhaften Wirkungen (1) des ersten Ausführungsbeispiels. Der Einfluss der Hochfrequenzkomponente, die durch das Stromsensorrauschen verursacht wird, kann vermieden werden, und die Zuverlässigkeit der Schätzung der Lenkwellenlast Tx kann verbessert werden.
Bei der Konfiguration eines Korrigierens des Schätzwerts der Lenkwellenlast Tx auf der Basis von mindestens entweder dem Übertragungswirkungsgrad η oder der Fahrzeuggeschwindigkeit V der Leistungsübertragungseinrichtung teilt dieses Ausführungsbeispiel die vorteilhafte Wirkung (4) mit dem ersten Ausführungsbeispiel.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist beispielsweise als eine ECU konfiguriert. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung physisch durch eine Platte oder einen Satz einer elektronischen Leiterplatte gebildet ist. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit 41, die Grundunterstützungssteuereinheit 44 und die anderen Teile können beispielsweise vorgesehen sein, um physisch voneinander getrennt zu sein, und können durch einen Kabelbaum miteinander kommunizieren.
Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß den Ausführungsbeispielen ist auf ein elektrisches Servolenkungssystem eines Säulenunterstützungstyps angewendet, das die Drehung einer Säulenwelle durch ein Unterstützungsdrehmoment des Motors unterstützt. Eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann zusätzlich auf ein elektrisches Servolenkungssystem eines Zahnstangenunterstützungstyps angewendet sein, das durch ein Unterstützungsdrehmoment des Motors den Zahnstangenschub unterstützt.
Die vorhergehende Offenbarung hat die folgenden Aspekte.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung steuert eine Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung eine Unterstützungsdrehmomentausgabe durch einen Motor und liefert ein elektrisches Servolenkungssystem. Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung weist ein Lenkrad, das durch einen Fahrer eines Fahrzeugs betrieben wird, einen Torsionsstab, der zwischen das Lenkrad und eine Säulenwelle geschaltet ist, einen Drehmomentsensor, der basierend auf einem Torsionswinkel des Torsionsstabs ein Lenkdrehmoment erfasst, eine drehende Vorrichtung, die eine Rotationsbewegung der Säulenwelle durch eine Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung in eine hin und her gehende Bewegung einer Zahnstange, die ein Rad des Fahrzeugs dreht, wandelt, den Motor, der das Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen der Rotationsbewegung der Säulenwelle oder eines Schubs der Zahnstange erzeugt, einen Motorrotationswinkelsensor, der einen Rotationswinkel des Motors erfasst, eine Lenkwellenlastschätzungseinheit, die eine Lenkwellenlast schätzt, die eine Last eines Lenkens, das durch einen Lenkradbetrieb des Fahrers und einen Unterstützungsbetrieb des Motors geliefert wird, ist, und eine Grundunterstützungssteuereinheit auf, die einen Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert berechnet, der ein Grundwert eines Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts hinsichtlich des Motors ist. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit schätzt basierend auf dem Lenkdrehmoment, das durch den Drehmomentsensor erfasst wird, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit oder einer Lenkwinkelbeschleunigung, die durch Wandeln des Motorrotationswinkels, der durch den Motorrotationswinkelsensor erfasst wird, erhalten wird, und eines vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts die Lenkwellenlast.
In dem vorhergehenden Fall ist der „vorausgehende Wert“ ein bei der Grundunterstützungsdrehmomentberechnung, die wiederholt ausgeführt wird, vorausgehend berechneter Wert und ist nicht auf einen vorausgehenden Wert (unmittelbar vorhergehenden Wert) begrenzt, weist jedoch zwei oder mehr vorausgehende Werte auf.
Bei der vorhergehenden Vorrichtung ist die Lenkwellenlastschätzungseinheit vorgesehen, um auf der Basis des vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts oder des vorausgehenden Werts des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts zusätzlich zu dem Lenkdrehmoment und der Lenkwinkelgeschwindigkeit oder der Lenkwinkelbeschleunigung die Lenkwellenlast zu schätzen. Da der Erfassungswert des Stromsensors im Gegensatz zu der verwandten Technik der JP-A-2013-126822 nicht verwendet wird, kann ein Einfluss des Stromsensorrauschens auf die Hochfrequenzkomponente vermieden werden, und die Zuverlässigkeit der Schätzung der Lenkwellenlast kann verbessert werden.
Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung kann ferner alternativ eine Korrekturdrehmomentberechnungseinheit, die ein Korrekturdrehmoment des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts berechnet, aufweisen. Die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit befiehlt einen korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswert, der durch Addieren des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts zu dem Korrekturdrehmoment zu dem Motor erhalten wird. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit schätzt basierend auf dem vorausgehenden Wert des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts statt des vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts, dem Lenkdrehmoment und der Lenkwinkelgeschwindigkeit oder der Lenkwinkelbeschleunigung die Lenkwellenlast.
In dem Vorhergehenden Fall kann die Lenkwellenlastschätzungseinheit auf der Basis des vorausgehenden Werts des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts statt des vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts zusätzlich zu dem Lenkdrehmoment und der Lenkwinkelgeschwindigkeit oder der Lenkwinkelbeschleunigung die Lenkwellenlast schätzen. Die Interpretation des „vorausgehenden Werts“ ist identisch zu derselben des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit kann alternativ basierend auf einer Lenkzustandsänderung zwischen einem Betrieb eines Drehens und einem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads eine geschätzte Lenkwellenlast korrigieren.
Die verwandte Technik der JP-A-2013-126822 betrachtet nicht die Änderung des Lenkzustands, während die vorliegende Offenbarung die Änderung des Lenkzustands betrachtet, wodurch man in der Lage ist, den Schätzwert der Lenkwellenlast geeignet zu korrigieren.
Der Schätzwert, der die Änderung des Lenkzustands in Betracht ziehend korrigiert wird, wird ferner für die Unterstützungssteuerung verwendet, wodurch man in der Lage ist, das Lenkgefühl des Fahrers zu verbessern.
Die Steuervorrichtung für eine elektrische Servolenkung kann ferner weiter eine Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit, die basierend auf dem Lenkdrehmoment und der Lenkwinkelgeschwindigkeit die Lenkzustandsänderung bestimmt, aufweisen. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit korrigiert basierend auf einem Bestimmungssignal von der Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit die geschätzte Lenkwellenlast.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit kann alternativ basierend auf einem Produktwert des Lenkdrehmoments und der Lenkwinkelgeschwindigkeit die geschätzte Lenkwellenlast korrigieren.
Als ein spezifisches Beispiel der „Änderung des Lenkzustands“ gibt es eine „charakteristische Änderung bei einem Lenkungssystem“, wie zum Beispiel ein Spiel eines Getriebes, das durch eine Änderung von dem Betrieb eines Drehens des Lenkrads zu dem Betrieb eines Zurückdrehens oder eine Änderung von dem Betrieb eines Zurückdrehens zu dem Betrieb eines Drehens verursacht wird. In diesem Fall kann die Lenkwellenlastschätzungseinheit den Schätzwert der Lenkwellenlast auf der Basis der Frequenzcharakteristik korrigieren. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit kann alternativ basierend auf einer charakteristischen Änderung des elektrischen Servolenkungssystems, die durch die Lenkzustandsänderung von dem Betrieb eines Drehens des Lenkrads zu dem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads oder die Lenkzustandsänderung von dem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads zu dem Betrieb eines Drehens des Lenkrads verursacht wird, die geschätzte Lenkwellenlast korrigieren. Die Lenkwellenlastschätzungseinheit kann ferner basierend auf einer Frequenzcharakteristik hinsichtlich der charakteristischen Änderung des elektrischen Servolenkungssystems die geschätzte Lenkwellenlast korrigieren.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit kann alternativ basierend auf einem Übertragungswirkungsgrad einer Leistungsübertragungseinrichtung, die eine Ausgabe des Motors zu der Zahnstange überträgt, die geschätzte Lenkwellenlast korrigieren. Mit der vorhergehenden Konfiguration kann der Schätzwert der Lenkwellenlast mit einer höheren Genauigkeit korrigiert werden.
Die Lenkwellenlastschätzungseinheit kann alternativ basierend auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs die geschätzte Lenkwellenlast korrigieren. Mit der vorhergehenden Konfiguration kann der Schätzwert der Lenkwellenlast mit einer höheren Genauigkeit korrigiert werden.
Die Grundunterstützungssteuereinheit kann alternativ basierend auf der geschätzten Lenkwellenlast, die durch die Lenkwellenlastschätzungseinheit geschätzt wird, den Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert berechnen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele derselben beschrieben ist, versteht es sich von selbst, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und den Aufbau begrenzt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Trotz der verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen sind zusätzlich andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder lediglich ein einzelnes Element aufweisen, ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung.

Claims

Steuervorrichtung (101-106) für eine elektrische Servolenkung, die ein Unterstützungsdrehmoment, das durch einen Motor (5) ausgegeben wird, steuert und ein elektrisches Servolenkungssystem (1) vorsieht, mit: einem Lenkrad (2), das durch einen Fahrer eines Fahrzeugs betrieben wird; einem Torsionsstab (4), der zwischen das Lenkrad (2) und eine Säulenwelle (32) geschaltet ist; einem Drehmomentsensor (40), der basierend auf einem Torsionswinkel des Torsionsstabs (4) ein Lenkdrehmoment (Ts) erfasst; einer drehenden Vorrichtung (7), die eine Rotationsbewegung der Säulenwelle (32) durch eine Zahnstangen- und Ritzeleinrichtung in eine hin und her gehende Bewegung einer Zahnstange (73), die ein Rad (9) des Fahrzeugs dreht, wandelt; dem Motor (5), der das Unterstützungsdrehmoment zum Unterstützen der Rotationsbewegung der Säulenwelle (32) oder eines Schubs (Fp1) der Zahnstange (73) erzeugt; einem Motorrotationswinkelsensor (50), der einen Rotationswinkel (Om) des Motors (5) erfasst; einer Lenkwellenlastschätzungseinheit (41), die eine Lenkwellenlast (Tx) schätzt, die eine Last eines Lenkens, das durch einen Lenkradbetrieb des Fahrers und einen Unterstützungsbetrieb des Motors (5) geliefert wird, ist; und einer Grundunterstützungssteuereinheit (44), die einen Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert (Tm*) berechnet, der ein Grundwert eines Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts hinsichtlich des Motors (5) ist, wobei die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf dem Lenkdrehmoment (Ts), das durch den Drehmomentsensor (40) erfasst wird, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit (ωs) oder einer Lenkwinkelbeschleunigung (αs), die durch Wandeln des Motorrotationswinkels (Θm), der durch den Motorrotationswinkelsensor (50) erfasst wird, erhalten wird, und eines vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts (Tm*) die Lenkwellenlast (Tx) schätzt, wobei die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einer Lenkzustandsänderung zwischen einem Betrieb eines Drehens und einem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads (2) eine geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert, und die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einem Produktwert des Lenkdrehmoments (Ts) und der Lenkwinkelgeschwindigkeit (ωs) die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.
Steuervorrichtung (101-106) für eine elektrische Servolenkung nach Anspruch 1, mit ferner: einer Korrekturdrehmomentberechnungseinheit (45), die ein Korrekturdrehmoment (Tcomp) des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts (Tm*) berechnet, wobei die Korrekturdrehmomentberechnungseinheit (45) einen korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswert (Tm**), der durch Addieren des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts (Tm*) zu dem Korrekturdrehmoment (Tcomp) des Motors (5) erhalten wird, befiehlt, und wobei die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf dem vorausgehenden Wert (Tm**) des korrigierten Unterstützungsdrehmomentbefehlswerts (Tm**) statt des vorausgehenden Werts des Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswerts (Tm*), dem Lenkdrehmoment (Ts) und der Lenkwinkelgeschwindigkeit (cos) oder der Lenkwinkelbeschleunigung (αs) die Lenkwellenlast (Tx) schätzt.
Steuervorrichtung (101) für eine elektrische Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, mit ferner: einer Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit (42), die basierend auf dem Lenkdrehmoment (Ts) und der Lenkwinkelgeschwindigkeit (ωs) die Lenkzustandsänderung bestimmt, wobei die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einem Bestimmungssignal (Sj) von der Lenkzustandsänderungsbestimmungseinheit (42) die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.
Steuervorrichtung (101) für eine elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1-3, bei der die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einer charakteristischen Änderung des elektrischen Servolenkungssystems (1), die durch die Lenkzustandsänderung von dem Betrieb eines Drehens des Lenkrads (2) zu dem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads (2) oder die Lenkzustandsänderung von dem Betrieb eines Zurückdrehens des Lenkrads (2) zu dem Betrieb eines Drehens des Lenkrads (2) verursacht wird, die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.
Steuervorrichtung (101) für eine elektrische Servolenkung nach Anspruch 1-4, bei der die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einer Frequenzcharakteristik hinsichtlich der charakteristischen Änderung des elektrischen Servolenkungssystems (1) die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.
Steuervorrichtung (101-104) für eine elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1-5, bei der die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einem Übertragungswirkungsgrad (η) einer Leistungsübertragungseinrichtung, die eine Ausgabe des Motors (5) zu der Zahnstange (73) überträgt, die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.
Steuervorrichtung (101-104) für eine elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1-6, bei der die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) basierend auf einer Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs die geschätzte Lenkwellenlast (Tx) korrigiert.
Steuervorrichtung (101-105) für eine elektrische Servolenkung nach einem der Ansprüche 1-7, bei der die Grundunterstützungssteuereinheit (44) basierend auf der geschätzten Lenkwellenlast (Tx), die durch die Lenkwellenlastschätzungseinheit (41) geschätzt wird, den Grundunterstützungsdrehmomentbefehlswert (Tm*) berechnet.